Zimmermann, Florian: Analysis and mitigation of site-dependent effects in static and kinematic GNSS applications. - Bonn, 2020. - , . In: Schriftenreihe / Institut für Geodäsie und Geoinformation, 60.
Online-Ausgabe in bonndoc: http://hdl.handle.net/20.500.11811/2168
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note = {Satellitensignale unterliegen auf ihrem Weg von der Satelliten- zur Empfangsantenne einer Vielzahl an Einflüssen die zu Abweichungen führen. Heutzutage stellen in vielen Anwendungsbereichen insbesondere die stationsspezifischen Anteile, welche sich in Mehrwegeeffekte aus dem Fernfeld, NLOS-Empfang und Signalbeugung, den Einfluss der Satellitengeometrie und Antennennahfeldeffekte untergliedern lassen, einen der genauigkeitsbegrenzenden Faktoren in der satellitengestützten Positionsbestimmung dar. Dies ist dadurch begründet, dass durch die Abhängigkeit von der individuell vorliegenden Antennenumgebung eine Minimierung der Einflüsse erheblich erschwert wird und etablierte Strategien, wie beispielsweise die Differenzbildung in relativen Positionierungsansätzen, in der Regel nicht anwendbar sind.
Obwohl diese Effekte bereits seit den frühesten Entwicklungen auf dem Gebiet der satellitengestützten Positionsbestimmung untersucht wurden, ist eine vollumfängliche Lösungsstrategie auch in der heutigen Zeit noch nicht verfügbar. Daher hat diese Thematik nicht an Relevanz verloren und es besteht noch immer der Bedarf an weiteren Untersuchungen zur Vertiefung des Verständnisses und zur Erweiterung des Portfolios an verfügbaren Minimierungsansätzen.
In dieser Arbeit werden die vier unterschiedlichen Effekte vor dem Hintergrund der hochpräzisen Positionsbestimmung in statischen und kinematischen GNSS-Anwendungen adressiert. Der wesentliche Fokus der Untersuchungen liegt hierbei auf der Detektion und Elimination betroffener Satellitensignale durch die Einbindung detaillierter Umgebungsmodelle aus terrestrischen Messverfahren. Auf Basis dieser methodischen und empirischen Analysen lassen sich für die einzelnen Effekte vier Hauptaspekte herausstellen:
(1) Da Antennennahfeldeffekte primär den Messsensor selbst beeinflussen und folglich die angestrebte Detektion und Elimination zur Minimierung nicht geeignet ist, wird alternativ die Minimierung des Einflusses durch spezielle Antennenaufbauten empirisch analysiert. Daraus resultierend werden mit exakt identischen Antennenaufbauten erreichbare Genauigkeiten im Submillimeterbereich nachgewiesen.
(2) Der Einfluss auf die Positionsgenauigkeit der potentiell durch eine Signalelimination hervorgerufenen Verschlechterung der Satellitengeometrie kann durch Simulationen generischer Abschattungsszenarien als unkritisch identifiziert werden. Darüber hinaus wird eine Methode zur Integration der Qualität der Satellitengeometrie in die Wegpunktplanung von UAVs entwickelt, welche sowohl in der Planungsphase, als auch während des UAV-Fluges eine Anpassung und Optimierung der Flugroute ermöglicht.
(3) Auf Basis mittels terrestrischer Laserscanner erzeugter Punktwolken wird eine Methode zur Erzeugung von Elevationsmasken entwickelt, welche adaptiv gegenüber der vorliegenden Antennenumgebung sind und eine effektive Detektion und Elimination von Satellitensignalen erlauben, die NLOS-Empfang oder Signalbeugung unterliegen. Diese Minimierungsstrategie ist sowohl in statischen, als auch kinematischen Anwendungen einsetzbar und ermöglicht bei zusätzlicher Einbindung von Fresnel Zonen auch die Berücksichtigung der Ausbreitungseigenschaften elektromagnetischer Wellen.
(4) Als vorbereitender Schritt für die Entwicklung von Methoden zur Detektion und Eliminierung von Fernfeld-Mehrwegeeffekten werden die Voraussetzungen für die Entstehung der Effekte untersucht. Durch Vergleich simulierter und beobachteter SNR-Zeitreihen und der Berücksichtigung von Fresnel Zonen kann eine Überlappung von 50% zwischen Fresnel-Zone und Reflektorfläche als bereits ausreichend für eine potentielle Mehrwegebelastung identifiziert werden.
In der Gesamtbetrachtung liefern die in dieser Arbeit gewonnenen Erkenntnisse und entwickelten Methoden einen relevanten Beitrag zu dem übergeordneten Ziel einer ganzheitlichen Minimierung stationsspezifischer Abweichungen und ermöglichen so eine signifikante Verbesserung der Positionsgenauigkeit unter schwierigen GNSS-Bedingungen. Darüber hinaus nimmt diese Arbeit den in den letzten Jahren forcierten Trend von einer punktweisen zu einer flächenhaften Objekterfassung an, indem das Potenzial einer detaillierten und effizienten Erfassung der Antennenumgebung mittels terrestrischer Laserscanner zur Minimierung und Analyse stationsspezifischer Abweichungen bei der satellitengestützten Positionsbestimmung aufzeigt und genutzt wird.},

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